DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.161907

金属有机骨架（MOFs）由于其高度可控的组成和可调的孔隙率，作为制备多孔材料的前驱体受到了广泛关注。然而，构建由沸石咪唑骨架-67（ZIF-67）衍生的高效低成本负极材料以提高倍率性能和比容量仍然是一项挑战。本研究通过简便的静电纺丝技术和两步退火制备了嵌入ZIF-67/Co2+离子衍生物的Co3O4基多层碳纤维复合材料（Co3O4@CNF）。将其作为SIBs的无粘合剂负极进行评估，所得电极在100mA/g下循环150次后可提供380mAh/g的优异钠离子存储容量和显著的倍率性能，在3.2A/g下循环500次后的长期循环稳定性为129mAh/g，优于先前报道的用于SIBs的其他MOFs衍生自支撑负极材料。一维碳纤维可作为缓冲框架，以确保结构稳定性。此外，由碳纤维交织形成的导电基质可以促进沿其一维几何结构的电子传输。而且，纤维中分散的ZIF-67/Co2+离子衍生物使复合材料表面更高程度地暴露于电解质中，有利于化学反应。

图1.（a）聚合物（Co/ZIF-67）纤维，（b）CNF（Co/ZIF-67）纤维，（c）Co3O4@CNF薄膜的SEM图像。（a-c）中的插图是放大的SEM图像。（d，e，g）Co3O4@CNF的TEM图像。（e）中的橙色圆圈表示（f）ZIF-67衍生物的相应HRTEM图像。（g）中的橙色圆圈表示（h）Co2+衍生物的相应HRTEM图像。（i）含Co2+衍生物的Co3O4@CNF的暗场TEM图像以及Co（黄色）、C（红色）、O（紫色）和N（绿色）的相应元素映射图像。（j）含ZIF-67衍生物的Co3O4@CNF的暗场TEM图像以及Co（黄色）、C（红色）、O（紫色）和N（绿色）的相应元素映射图像。

图2.（a）Co3O4@CNF薄膜、CNF（ZIF-67）-氧化物和纯CNF-氧化物的XRD图。（b-e）分别为Co3O4@CNF薄膜中C1s、N1s、Co2p和O1s的XPS光谱。（f）Co3O4@CNF的N2吸附/解吸等温线。插图：相应的孔径分布。

图3.Co3O4@CNF电极的电化学表征：（a）前五个循环中扫描速率为0.1mV/s时的CV曲线；（b）在100mA/g下进行初始四个循环的恒电流放电/充电曲线。性能比较：（c）100mA/g时的循环性能；（d）Co3O4@CNF、CNF（ZIF-67）-氧化物和纯CNF-氧化物在不同电流密度下的倍率性能以及（e）3.2A/g下的长期循环稳定性。（f）所有三种样品的奈奎斯特图。（f）中的插图显示了等效电路模型。

图4.（a）用于SIBs的Co3O4@CNF在不同扫描速率下的CV曲线（第一次循环后）。（b）logi与logν图。（c）当扫描速率为0.6mV/s时，电容电流与总电流响应的分离，其中阴影区域显示电容分数。（d）不同扫描速率下Co3O4@CNF电容容量的归一化贡献率。

图5.对应于不同电位的Co3O4@CNF电极的非原位XRD图谱以及这些电位下典型的恒电流放电/充电曲线。